Precision phenomenology at the LHC and characterization of theoretical uncertainties
Phénoménologie de Précision au LHC et caractérisation des incertitudes théoriques
Résumé
In light of the recent discovery of a Higgs boson at the LHC and of the contemporary absence of signals of new physics beyond the Standard Model (SM), precision physics has become the most important aim of the LHC physics program. Precision physics requires not only a thorough control over experimental uncertainties but also a good understanding of theoretical ones. In this thesis we approach the problem along two lines. At first we study the so-called missing higher order uncertainty in QCD with the Cacciari-Houdeau (CH) method and the scale variation procedure. As a by product we also provide an extension of the CH method to observables with initial state hadrons. Next we study the problem of the precise prediction and of the uncertainty estimation for two important Higgs observables: the total inclusive cross section and the transverse momentum distribution. With respect to the former, we study the production in gluon fusion and bottom annihilation (and its related uncertainties) in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) for the production of the neutral scalars and of the pseudoscalar using the code SusHi. With respect to the latter, we study the transverse momentum distribution using our Monte Carlo event generators in the POWHEG-BOX framework for gluon fusion in the SM, MSSM and Two Higgs-Doublet Model (2HDM), with particular attention to the problem of including correctly the full of effect of the quarks running in the loop.
En raison de la récente découverte du boson de Higgs au LHC et de l'absence de nouveaux signaux de physique au-delà du Modèle Standard (MS), la physique de précision est maintenant l'objectif le plus important du programme de physique du LHC. Elle n'a besoin pas seulement d'un contrôle total sur les incertitudes expérimentales mais aussi d'une compréhension des incertitudes théoriques. Dans cette thèse on approche ce problème en deux façons. Notre premier travail est l’étude des incertitudes dues au fait que la série perturbative est calculée seulement à un ordre fini. On prend comme théorie la QCD et utilise le modèle de Cacciari et Houdeau (CH) et la procédure de variation d’échelle pour faire une étude des leur efficacité. Aussi on fait l'extension du modèle CH au cas des observables avec des hadrons dans l’état initial. Après on étudie le problème de la prédiction précise et de l'estimation de l'incertitude des deux observables du boson de Higgs: la section efficace totale et la distribution de l'impulsion transverse. La première est étudiée dans deux canaux de production, la fusion des gluons et l'annihilation des bottom quarks, dans le Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), pour la production des scalaires neutres et du pseudoscalaire en utilisant le code SusHi. L'impulsion transverse est étudiée avec notre logiciel Monte Carlo (conçu dans le cadre du POWHEG-BOX) du processus de gluon fusion dans le MS, MSSM et le Two Higgs Doublet Model (2HDM), avec une attention particulière à l'inclusion des amplitudes complètes pour les quarks.
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